JP2016507647A - 岩石除去用途向きのカッタ要素 - Google Patents
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Abstract
Description
ダイヤモンドと金属の相互侵入ネットワークを有する自立型PCD本体を有し、自立型PCD本体は、
PCD本体の境界部内に位置した2つ又は3つ以上の物理的体積部を更に有し、隣り合う物理的体積部は、ダイヤモンドと金属ネットワークの組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で異なっており、
PCD本体の遠位側に位置する機能的作業体積部を更に有し、機能的作業体積部は、使用にあたり、岩石に接触する領域又は体積部を形成し、剪断と圧潰と研削の組み合わせによって岩石の漸次除去を生じさせ、機能的作業体積部は、PCD本体の寿命中、次第に摩耗し、
使用中に残存し、近位自由表面を備えた機能的支持体積部を更に有し、機能的支持体積部は、機能的作業体積部から延びていて、ハウジング本体への岩石除去PCD本体の取り付け手段と共に機能的作業体積部に対して機械的及び熱的支持作用を提供する領域又は体積部であり、
機能的作業体積部は、エッジ、頂点、凸状湾曲面又は突起の任意の組み合わせから成る隣り合う自由表面相互間の遠位自由表面又は境界部から、機能的作業体積部の遠位自由表面からの延長線に沿って全体的本体の図心を通って機能的支持体積部の近位自由表面まで機能的支持体積部中に延びる機能的作業体積部の断面積が増大しながら延び、近位端部は、取り付け箇所を形成し、
機能的支持体積部は、全体的自立型PCD本体の図心を包囲し、
全体的PCD本体は、全体的PCD本体の外接直方体の最も長いエッジの長さと機能的作業体積部が延びる起点としての外接直方体の最も小さな三角形面の最も大きな幅の比が1.0以上であるようなアスペクト比を備えた形状を有し、
物理的体積部のうちの1つ又は2つ以上は、機能的作業体積部及び機能的支持体積部のうちの一方又は他方又は両方の少なくとも一部を形成していることを特徴とするカッタ要素が提供される。
a)各物理的体積部について組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の塊状体を形成するステップを含み、塊状体は、部分ダイヤモンド再結晶化を介するダイヤモンド粒子と粒子の結合に必要な唯一の金属源であり、
b)ダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体を圧密化してあらかじめ選択されたサイズ及び3次元形状の別々の凝集性未焼結本体を生じさせ、この未焼結本体を全体的凝集性未焼結本体に組み合わせ又はその後各凝集体を圧密化してあらかじめ選択されたサイズ及び3次元形状の全体的凝集性未焼結本体を生じさせるステップを含み、
c)全体的未焼結本体に高圧及び高温条件を与え、金属材料が全体的に又は部分的に溶融状態になり、そしてダイヤモンド粒子と粒子の結合を容易にし、それにより上述のカッタ要素を形成するステップを含むことを特徴とする方法が提供される。
a)全体的直円柱形状1701。
b)機能的作業体積部1705の遠位末端1704が円形の周辺エッジの一部であり、使用の際に定められるこの機能的体積部は、この遠位末端から平坦な「摩耗」表面1707まで延びる体積部であり、この平坦な「摩耗」表面は、直円柱形本体の平坦な頂面及び湾曲した「胴」表面と交差する。
c)機能的支持体積部1706は、寿命の終わりでの全体的本体の残存する部分であり、かくして、「摩耗」表面を備えた直円柱から成り、「摩耗」表面は、使用の際に、次第に形成される。
d)全体的自立型PCD本体の元素組成は、本体全体を通じて不変であり、即ち、本体中のどこでも同一の金属又は合金である。
e)全体的自立型PCD本体は、ダイヤモンド結晶粒度、粒度分布及びダイヤモンドと金属の組成比、即ち、金属の量が異なっている互いに異なるPCD材料で作られた2つの物理的体積部1702,1703を有する。
f)一様なPCD材料1702の第1の直角柱形物理的体積部は、全体的自立型PCD本体体積部1701の30%超且つ50%以下を占める全体的直円柱形本体の一端を完全に横切る層として延びる。第1の物理的体積部1702は、第2の物理的体積部1703の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい平均ダイヤモンド結晶粒度を有するPCD材料で作られた予想される機能的作業体積部1705を完全に包囲し、第2の物理的体積部1703の線熱膨張率よりも高い線熱膨張率をもたらす第2の物理的体積部1703のダイヤモンドと金属の組成比よりも小さいダイヤモンドと金属の組成比を有し、
g)第2の物理的体積部1703は、第1の物理的体積部1702から延び、直円柱であり、第1の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも高い平均ダイヤモンド結晶粒度を有するPCD材料で作られた全体的自立型PCD本体の残部を占め、第1の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも大きいダイヤモンドと金属の組成比及び第1の物理的体積部の線熱膨張率よりも低い線熱膨張率を有する。
a)端が単一ドーム状の直円柱形状1801。
b)機能的作業体積部の遠位末端1807がドーム1805の湾曲自由表面の一部であり、使用中に定められる機能的作業体積部1808は、この遠位末端1807から平坦な「摩耗」表面1806まで延びる体積部である。
c)機能的支持体積部1809は、寿命の終わりにおける全体的本体の残存部分であり、かくして、「摩耗平坦」表面1806を備えた端がドーム状の直円柱から成る。
d)全体的自立型PCD本体のダイヤモンドと金属ネットワーク組成比並びに金属元素組成は、本体全体にわたって不変であり、即ち、本体中の任意の場所について同一量及び同一種類の金属又は合金である。
e)全体的自立型PCD本体は、ダイヤモンド結晶粒度、粒度分布及びダイヤモンドと金属の組成比、即ち、金属の量が異なっている互いに異なるPCD材料で作られた2つの物理的体積部1802,1804を有する。
f)一様なPCD材料の第1の物理的体積部1802は、湾曲したドーム状自由表面1805から境界部1803まで延び、第2の物理的体積部1804、境界部1803は、平坦な底面、第1の物理的体積部1802に平行であり、全体的自立型PCD本体体積部の3%超且つ50%以下を占める。第1の物理的体積部1802は、PCD材料で作られた予想される機能的作業体積部1808を完全に包囲し、その平均ダイヤモンド結晶粒度は、第2の物理的体積部1804の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい。
g)第2の物理的体積部1804は、第1の物理的体積部1802から延び、PCD材料で作られた全体的自立型PCD本体1801の残部を占め、その平均ダイヤモンド結晶粒度は、第1の物理的体積部1802の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも大きい。
a)端が単一のチゼル形の直円柱形状であり、この場合、チゼル形状は、コーン1903の2つの対称な傾斜した切頭部1904によって形成され、これら傾斜した切頭部は、真っ直ぐなエッジ1905のところで交わり、真っ直ぐなエッジは、直角柱の底面に平行であっても良く、そうでなくても良い。
b)機能的作業体積部の遠位末端は、真っ直ぐなエッジ1905及び円錐形の湾曲した表面1908によって形成された先端1907のうちの1つであり、或いは、変形例として、機能的作業体積部の遠位末端は、真っ直ぐなエッジ1905であるのが良い。使用中に定められる機能的作業体積部1906は、選択された遠位末端から「摩耗」表面1909、又は変形例として、遠位末端がエッジ1905である場合には摩耗表面1910まで延びる体積部である。
c)支持体積部1911は、寿命の終わりにおける全体的本体の残存部分であり、かくして、「摩耗平坦」1909又は1910を備えた端がチゼル形状の直円柱から成る。
d)全体的自立型PCD本体の元素組成が本体全体にわたって不変であり、即ち、本体中のどの場所でも同一の金属又は合金である。
e)全体的自立型PCD本体がダイヤモンド結晶粒度、ダイヤモンド結晶粒度分布及びダイヤモンドと金属の組成比、即ち金属の量が異なる互いに異なるPCD材料で作られた2つの物理的体積部1912,1913を有する。
f)第1の物理的体積部1912が、真っ直ぐなエッジ1905及び円錐形湾曲自由表面1908から境界部1914まで延びる一様なPCD材料のものであり、第2の物理的体積部1913が、全体的自立型PCD本体体積部の3%を超え且つ50%以下を占める。第1の物理的体積部1912は、PCD材料で作られた予想される機能的作業体積部1906を完全に包囲し、第2の物理的体積部1913の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい平均ダイヤモンド結晶粒度を有し、第2の物理的体積部1913の線熱膨張率よりも高い線熱膨張率をもたらす第2の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも小さいダイヤモンドと金属の組成比を有する。
g)第2の物理的体積部1913が第1の物理的体積部1912から延び、全体的自立型PCD本体1901の残部を占め、第1の物理的体積部1912の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも大きな平均ダイヤモンド結晶粒度、第1の物理的体積部1912のダイヤモンドと金属の組成比よりも大きいダイヤモンドと金属の組成比、及び第1の物理的体積部1912の線熱膨張率よりも低い線熱膨張率を有するPCD材料で作られている。
a)各物理的体積部について組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の塊状体を形成するステップを含み、塊状体は、部分ダイヤモンド再結晶化を介するダイヤモンド粒子と粒子の結合に必要な唯一の金属源であり、
b)ダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体を圧密化してあらかじめ選択されたサイズ及び3次元形状の別々の凝集性未焼結本体を生じさせ、該未焼結本体を全体的凝集性未焼結本体に組み合わせ又はその後各凝集体を圧密化してあらかじめ選択されたサイズ及び3次元形状の全体的凝集性未焼結本体を生じさせるステップを含み、
c)全体的未焼結本体に高圧及び高温条件を与え、金属材料が全体的に又は部分的に溶融状態になり、そしてダイヤモンド粒子と粒子の結合を容易にするようになっているステップを含む。
1.アディア・エム・エム(Adia, M M)及びデービーズ・ジー・ジェイ(Davies, G J)名義の英国特許出願第1122064.7号明細書及び米国特許出願第61/578726号明細書(発明の名称:A Superhard Structure or Body of Polycrystalline Diamond Containing Material)
2.アディア・エム・エム(Adia, M M)及びデービーズ・ジー・ジェイ(Davies, G J)名義の英国特許出願第1122066.2号明細書及び米国特許出願第61/578734号明細書(発明の名称:Methods of Forming a Superhard Structure or Body Comprising a Body of Polycrystalline Diamond Containing Material)
3.アディア・エム・エム(Adia, M M)、デービーズ・ジー・ジェイ(Davies, G J)、及びボウズ・シー・ディー(Bowes, C D)名義の国際公開第2012/089566号パンフレット(発明の名称:A Superhard Structure and Method of Making Same)
4.アディア・エム・エム(Adia, M M)、デービーズ・ジー・ジェイ(Davies, G J )、及びボウズ・シー・ディー(Bowes, C D)名義の国際公開第2012/089567号パンフレット(発明の名称:A Superhard Structure and Method of Making Same)
5.タンク・ケー(Tank, K )、アディア・エム・エム(Adia, M M )、及びモロゾフ・ケー・イー(Morosov, K E)名義の国際公開第2008/102324(A1)号パンフレット(発明の名称:Cutting Elements)
6.スコット・ディー・イー(Scott, D E)、スキーム・エム・アール(Skeem, M R)、ルンド・ジェイ・ビー(Lund, J B)、リバーサージェ・ジェイ・エイチ(Liversage, J H)、及びアディア・エム・エム(Adia, M M)名義の国際公開第2011/041693(A2)号パンフレット(発明の名称:Cutting Elements Configured to Generate Shear Lips During Use in Cutting , Earth Boring Tools Including Such Cutting Elements and Methods of Forming and Using Such Cutting Elements and Earth Boring Tools)
7.ブリッジマン・ピー・ダブリュー(Bridgeman, P W),「フィジカル・レビュー(Physical Review )」,1935年,第48巻,p.825〜832
8.欧州特許第0573135(B1)号明細書(出願人:ジェニングス・ビー・エー(Jennings, B. A.)、発明の名称:Abrasive tools、出願公開日:1993年12月)
9.スモールマン・シー・ジー(Smallman, C G)、アディア・エム・エム(Adia, M M)、及びライ・サン・エル・エス(Lai Sang, L S)名義の米国特許出願第12/962,433(出願日:2010年12月7日出願、発明の名称:Polycrystalline Diamond Structure)、国際公開第2011/069637号パンフレットとして公開された国際出願PCT/EP2010/007425明細書(出願日:2010年12月7日)(発明の名称:Polycrystalline Diamond Structure)
10.ブルックス・シー・エー(Brookes, C A)、及びブルックス・イー・ジェイ(Brookes, E J),「ダイヤモンド・イン・パースペクティブ:ア・レビュー・オブ・メカニカル・プロパティーズ・オブ・ナチュラル・ダイヤモンド(Diamond in perspective: a review of mechanical properties of natural diamond)」,ダイヤモンド・アンド・リレイテッド・マテリアルズ(Diamond and Related Materials),1991年,第1巻,p.13〜17
11.ブルックス・イー・ジェイ(Brookes, E J),博士論文(PhD Thesis),(1992),ザ・ユニバーシティ・オブ・ハル(The University of Hull)
12.ヒッブス・エル・イー(Hibbs, L E)、及びリー・エム(Lee, M),「サム・アスペクツ・オブ・ザ・ウェア・オブ・ポリクリスタライン・ダイヤモンド・ツールズ・イン・ロック・リムーバル・プロセシーズ(Some aspects of the wear of polyrystallilne diamond tools in rock removal processes)」,ウェア(Wear),1978年,第46号,p.141
13.プラカシュ・ブイ(Prakash, V),「ファイナイト・エレメント・メソッド・フォア・テンプリチャー・ディストリビューション・イン・シンセティック・ダイヤモンド・カッターズ・ドゥーリング・オーソゴナル・ロック・カッティング(Finite Element Method for Temperature Distribution in Synthetic Diamond Cutters During Orthogonal Rock Cutting)」,博士論文(PhD Thesis),カンザス・ステイト・ユニバーシティ,マンハッタン州カンザス,1986年
1.アディア・エム・エム(Adia, M M)及びデービーズ・ジー・ジェイ(Davies, G J)名義の英国特許出願第1122064.7号明細書及び米国特許出願第61/578726号明細書(発明の名称:A Superhard Structure or Body of Polycrystalline Diamond Containing Material)
2.アディア・エム・エム(Adia, M M)及びデービーズ・ジー・ジェイ(Davies, G J)名義の英国特許出願第1122066.2号明細書及び米国特許出願第61/578734号明細書(発明の名称:Methods of Forming a Superhard Structure or Body Comprising a Body of Polycrystalline Diamond Containing Material)
3.アディア・エム・エム(Adia, M M)、デービーズ・ジー・ジェイ(Davies, G J)、及びボウズ・シー・ディー(Bowes, C D)名義の国際公開第2012/089566号パンフレット(発明の名称:A Superhard Structure and Method of Making Same)
4.アディア・エム・エム(Adia, M M)、デービーズ・ジー・ジェイ(Davies, G J )、及びボウズ・シー・ディー(Bowes, C D)名義の国際公開第2012/089567号パンフレット(発明の名称:A Superhard Structure and Method of Making Same)
5.タンク・ケー(Tank, K )、アディア・エム・エム(Adia, M M )、及びモロゾフ・ケー・イー(Morosov, K E)名義の国際公開第2008/102324(A1)号パンフレット(発明の名称:Cutting Elements)
6.スコット・ディー・イー(Scott, D E)、スキーム・エム・アール(Skeem, M R)、ルンド・ジェイ・ビー(Lund, J B)、リバーサージェ・ジェイ・エイチ(Liversage, J H)、及びアディア・エム・エム(Adia, M M)名義の国際公開第2011/041693(A2)号パンフレット(発明の名称:Cutting Elements Configured to Generate Shear Lips During Use in Cutting , Earth Boring Tools Including Such Cutting Elements and Methods of Forming and Using Such Cutting Elements and Earth Boring Tools)
7.ブリッジマン・ピー・ダブリュー(Bridgeman, P W),「フィジカル・レビュー(Physical Review )」,1935年,第48巻,p.825〜832
8.欧州特許第0573135(B1)号明細書(出願人:ジェニングス・ビー・エー(Jennings, B. A.)、発明の名称:Abrasive tools、出願公開日:1993年12月)
9.スモールマン・シー・ジー(Smallman, C G)、アディア・エム・エム(Adia, M M)、及びライ・サン・エル・エス(Lai Sang, L S)名義の米国特許出願第12/962,433(出願日:2010年12月7日出願、発明の名称:Polycrystalline Diamond Structure)、国際公開第2011/069637号パンフレットとして公開された国際出願PCT/EP2010/007425明細書(出願日:2010年12月7日)(発明の名称:Polycrystalline Diamond Structure)
10.ブルックス・シー・エー(Brookes, C A)、及びブルックス・イー・ジェイ(Brookes, E J),「ダイヤモンド・イン・パースペクティブ:ア・レビュー・オブ・メカニカル・プロパティーズ・オブ・ナチュラル・ダイヤモンド(Diamond in perspective: a review of mechanical properties of natural diamond)」,ダイヤモンド・アンド・リレイテッド・マテリアルズ(Diamond and Related Materials),1991年,第1巻,p.13〜17
11.ブルックス・イー・ジェイ(Brookes, E J),博士論文(PhD Thesis),(1992),ザ・ユニバーシティ・オブ・ハル(The University of Hull)
12.ヒッブス・エル・イー(Hibbs, L E)、及びリー・エム(Lee, M),「サム・アスペクツ・オブ・ザ・ウェア・オブ・ポリクリスタライン・ダイヤモンド・ツールズ・イン・ロック・リムーバル・プロセシーズ(Some aspects of the wear of polyrystallilne diamond tools in rock removal processes)」,ウェア(Wear),1978年,第46号,p.141
13.プラカシュ・ブイ(Prakash, V),「ファイナイト・エレメント・メソッド・フォア・テンプリチャー・ディストリビューション・イン・シンセティック・ダイヤモンド・カッターズ・ドゥーリング・オーソゴナル・ロック・カッティング(Finite Element Method for Temperature Distribution in Synthetic Diamond Cutters During Orthogonal Rock Cutting)」,博士論文(PhD Thesis),カンザス・ステイト・ユニバーシティ,マンハッタン州カンザス,1986年
また、好ましい構成態様として、本発明を次のように構成することもできる。
1. 岩石除去のためのカッタ要素であって、
ダイヤモンドと金属の相互侵入ネットワークを有する自立型PCD本体を有し、前記自立型PCD本体は、
前記PCD本体の前記境界部内に位置した2つ又は3つ以上の物理的体積部を更に有し、隣り合う物理的体積部は、ダイヤモンドと金属ネットワークの組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で異なっており、
前記PCD本体の遠位側に位置する機能的作業体積部を更に有し、前記機能的作業体積部は、使用にあたり、前記岩石に接触する領域又は体積部を形成し、剪断と圧潰と研削の組み合わせによって前記岩石の漸次除去を生じさせ、前記機能的作業体積部は、前記PCD本体の寿命中、次第に摩耗し、
使用中に残存し、近位自由表面を備えた機能的支持体積部を更に有し、前記機能的支持体積部は、前記機能的作業体積部から延びていて、前記ハウジング本体への前記岩石除去PCD本体の取り付け手段と共に前記機能的作業体積部に対して機械的及び熱的支持作用を提供する領域又は体積部であり、
前記機能的作業体積部は、エッジ、頂点、凸状湾曲面又は突起の任意の組み合わせから成る隣り合う自由表面相互間の遠位自由表面又は境界部から、前記機能的作業体積部の遠位自由表面からの延長線に沿って前記全体的本体の前記図心を通って前記機能的支持体積部の近位自由表面まで前記機能的支持体積部中に延びる前記機能的作業体積部の断面積が増大しながら延び、前記近位端部は、前記取り付け箇所を形成し、
前記機能的支持体積部は、前記全体的自立型PCD本体の前記図心を包囲し、前記全体的PCD本体は、前記全体的PCD本体の外接直方体の最も長いエッジの長さと前記機能的作業体積部が延びる起点としての前記外接直方体の最も小さな三角形面の最も大きな幅の比が1.0以上であるようなアスペクト比を備えた形状を有し、
前記物理的体積部のうちの1つ又は2つ以上は、前記機能的作業体積部及び前記機能的支持体積部のうちの一方又は他方又は両方の少なくとも一部を形成している、カッタ要素。
2. 前記PCD材料の物理的体積部の数は、2つである、上記1記載のカッタ要素。
3. PCD材料の1つの物理的体積部は、前記機能的作業体積部の前記遠位表面又は自由表面に隣接して位置し、異なるPCD材料の別の物理的体積部は、前記機能的支持体積部の1つ又は複数の近位表面に隣接して位置している、上記1又は2記載のカッタ要素。
4. PCD材料の前記物理的体積部のうちの1つは、前記全体的自立型PCD本体の前記自由表面全体に連続し且つ隣接して位置すると共に使用前に自由表面を有していないが内部物理的体積部を形成している1つ又は複数の物理的体積部の1種類又は複数種類の材料と比較して、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で異なっている、上記1又は2記載のカッタ要素。
5. 前記PCD本体は、前記機能的作業体積部の前記遠位自由表面から延びる1つの鏡映面を有し、前記遠位自由表面は、湾曲エッジを有する、上記1〜4のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
6. 前記PCD本体の全体的形状は、直円柱であり、前記機能的作業体積部の前記遠位自由表面は、1つの円周方向エッジの一部である、上記5記載のカッタ要素。
7. PCD材料の2つの物理的体積部を有し、前記物理的体積部の境界部は、前記全体的PCD本体の両方の平べったい端部に平行である、上記6記載のカッタ要素。
8. 前記PCD本体は、機能的作業体積部の遠位表面から延びる1つの鏡映面を有し、前記遠位表面は、真っ直ぐなエッジを有する、上記1〜4のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
9. 前記PCD本体は、前記機能的作業体積部の前記遠位表面から延びる1つの鏡映面を有し、前記遠位表面は、頂点を有する、上記1〜4のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
10. 前記全体的PCD本体は、前記直円柱の胴又はフランクに沿う1つ又は2つ以上の平坦な表面によって改変された直角柱であり、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、真っ直ぐなエッジ又は頂点である、上記8又は9記載のカッタ要素。
11. 前記PCD本体は、前記機能的作業体積部の前記遠位表面を通るn回回転軸線を有し、前記遠位表面は、湾曲した表面を含み又は前記機能的作業体積部の前記遠位表面から延びる無数の鏡映面を有する、上記1〜4のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
12. 前記PCD本体は、一端が半球形の直円柱である、上記11記載のカッタ要素。
13. 前記PCD本体は、一端が円錐形である直円柱であり、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、丸形先端である、上記11記載のカッタ要素。
14. 前記機能的作業体積部は、2つ又は3つ以上の平坦な表面又はファセットを備えた湾曲表面により形成された全体としてチゼルの形状を有し、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、先端、湾曲したエッジ又は真っ直ぐなエッジであるよう前記ファセット相互間の境界部により形成されている、上記1〜5のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
15. 前記機能的作業体積部は、湾曲した表面を有し、前記機能的作業体積部は、共通の境界部のない状態で隔離された1つ又は2つ以上の平坦な表面又はファセットを有し、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、湾曲したエッジであるようファセットと前記湾曲した表面との間の境界部によって形成されている、上記1〜5のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
16. 前記全体的PCD本体形状は、単一の切頭平坦表面又はファセットを備えた端が円錐形の直円柱であり、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、前記切頭ファセット及び前記円錐形湾曲表面を境界付ける円形又は楕円形又は放物線状湾曲エッジの一部である、上記15記載のカッタ要素。
17. 前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、楕円形湾曲エッジの一部である、上記16記載のカッタ要素。
18. 前記機能的支持体積部の形状は、円形又は楕円形断面を有する直角柱である、上記1〜17のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
19. 前記機能的支持体積部の形状は、直円柱である、上記18記載のカッタ要素。
20. 前記PCD本体の前記機能的支持体積部は、多角形断面を有し、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、1つの真っ直ぐなエッジ又は1つの頂点である、上記1〜5、7、8又は9のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
21. 前記機能的支持体積部形状は、断面積が前記機能的作業体積部の前記遠位端部から前記機能的支持体積部の前記近位表面までの全体的方向又は平坦な基部又は近位表面に平行な全体的方向に沿って増大している、上記1〜5、7〜9、11、15又は20のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
22. 前記機能的支持体積部形状は、円錐形表面又はその一部又はフランジの任意の組み合わせを有する、上記21記載のカッタ要素。
23. 前記機能的支持体積部は、少なくとも一部がねじ切りされている、上記1〜22のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
24. PCD材料の2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、前記2つ又は3つ以上の物理的体積部のうちの少なくとも1つは、ダイヤモンド結晶粒度の分布が他の物理的体積部のうちの任意のもの又は全てとは異なっている、上記1〜23のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
25. 前記機能的作業体積部の前記遠位表面又は前記自由表面に隣接して位置する前記PCD材料は、平均結晶粒度が前記機能的支持体積部の1つ又は複数の近位表面に隣接して位置する前記PCD材料よりも小さい、上記24記載のカッタ要素。
26. 前記機能的作業体積部の前記遠位表面又は前記自由表面に隣接して位置する前記PCD材料は、10マイクロメートル未満の平均結晶粒度を有する、上記25記載のカッタ要素。
27. 前記本体全体の前記PCD材料は、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比及び金属元素組成の面で不変である、上記25又は26記載のカッタ要素。
28. 前記PCD材料は、任意の物理的体積部内において、値yの体積部パーセントよりも低いよう別個独立にあらかじめ選択された金属含有量を有し、y=−0.25x+10であり、xは、マイクロメートル単位で表された前記PCD材料の平均結晶粒度である、上記1〜27のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
29. PCD材料の前記物理的体積部のうちの1つは、前記機能的作業体積部を包囲すると共に残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つとは熱膨張率の面で異なっており、
a)前記機能的作業体積部と関連したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つと比較して、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の面で異なっており、前記金属元素組成は、前記自立型PCD本体全体を通じて不変であり、又は、
b)前記機能的作業体積部と関連したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つと比較して、金属元素組成の面で異なっており、前記ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比は、前記自立型PCD本体全体を通じて不変であり、又は、
c)前記機能的作業体積部と関連したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つと比較して、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比と金属元素組成の両方の面で異なっている、上記1〜28のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
30. 前記機能的作業体積部を包囲するPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する、上記29記載のカッタ要素。
31. PCD材料の前記物理的体積部のうちの1つは、前記機能的作業体積部を包囲すると共に残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つの熱膨張率の面で異なっており、前記機能的作業体積部と関連したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つと比較して、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の面で異なっており、前記金属元素組成は、前記自立型PCD本体全体を通じて不変であり、前記機能的作業体積部を包囲したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有し、前記自立型本体の金属はコバルトである、上記1〜28のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
32. PCD材料の1つの物理的体積部は、該物理的体積部が使用中に発生して前記全体的自立型PCD本体の3%超を占めたときに前記機能的作業体積部を完全に包囲する、上記1〜31のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
33. PCD材料の1つの物理的体積部は、該物理的体積部が使用中に発生して前記全体的自立型PCD本体の50%以下を占めたときに前記機能的作業体積部を完全に包囲する、上記32記載のカッタ要素。
34. a)前記自立型PCD本体は、全体的直円柱の形状を有し、
b)前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、前記円形周辺エッジの一部であり、前記機能的作業体積部は、該機能的作業体積部が使用中に発生しているとき、前記遠位末端から平坦な「摩耗」表面まで延びる体積部であり、前記平坦な「摩耗」表面は、前記円筒形本体の頂部平坦表面及び前記湾曲した「胴」表面と交差し、
c)前記機能的支持体積部は、寿命の終わりにおいて前記全体的本体の残存部分であり、かくして、「摩耗平坦」表面を備えた直円柱から成り、
d)前記全体的自立型PCD本体の前記元素組成は、前記本体全体を通じて不変であり、同一の金属又は合金が前記本体全体にわたって存在し、
e)前記全体的自立型PCD本体は、ダイヤモンド結晶粒度、粒度分布及びダイヤモンドと金属の組成比が互いに異なる種々のPCD材料で作られた2つの物理的体積部を有し、
f)一様なPCD材料の第1の直角柱形物理的体積部は、前記全体的自立型PCD本体体積部の30%〜50%以下を占める前記全体的円筒形本体の一端部を完全に横切る層として延び、前記第1の物理的体積部は、前記機能的作業体積部を完全に包囲し、第2の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい平均ダイヤモンド結晶粒度を備えたPCD材料で作られ、前記第2の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも小さいダイヤモンドと金属の組成比を有し、それにより、前記第2の物理的体積部の線熱膨張率よりも高い線熱膨張率が得られ、
g)前記第2の物理的体積部は、前記第1の物理的体積部から延び、直円柱であり、前記全体的自立型PCD本体の残部を占め、前記第1の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも大きい平均ダイヤモンド結晶粒度を備えたPCD材料で作られ、前記第1の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも高いダイヤモンドと金属の組成比を有し、前記第1の物理的体積部の線熱膨張率よりも低い線熱膨張率を有する、上記7、25、28及び33のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
35. a)前記自立型PCD本体は、直円柱形状のものであり、一端が半球形ドームであり、反対側の端が平坦な基部であり、
b)前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、前記ドームの前記湾曲自由平面の一部であり、使用中に定められた前記機能的作業体積部は、前記遠位表面から平坦な「摩耗」表面まで延びる体積部であり、
c)前記機能的支持体積部は、寿命の終わりにおける前記全体的本体の残存部分であり、かくして、「摩耗平坦」表面及び反対側の端の平坦な基部を備えた端がドーム状の直円柱から成り、
d)前記全体的自立型PCD本体は、ダイヤモンド結晶粒度及び粒度分布だけが異なり且つダイヤモンドと金属のネットワーク組成比及び金属元素組成に関して不変である互いに異なるPCD材料で作られた2つの物理的体積部を有し、
e)一様なPCD材料の第1の物理的体積部は、湾曲ドーム状の自由表面から前記平坦な基部に平行な第2の物理的体積部との境界部まで延び、前記全体的自立型PCD本体体積部の3%を超え且つ50%以下を占め、前記第1の物理的体積部は、予想される前記機能的作業体積部を完全に包囲し、前記第2の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい平均ダイヤモンド結晶粒度を有するPCD材料で作られ、
f)前記第2の物理的体積部は、前記第1の物理的体積部から延び、前記全体的自立型PCD本体の残部を占め、前記第1の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも大きい平均ダイヤモンド結晶粒度を有するPCD材料で作られ、前記第1の物理的体積部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する、上記12、19、21、22 、24、25、28及び33のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
36. a)前記自立型PCD本体は、一端が単一のチゼル形状の直円柱形状のものであり、前記チゼル形状は、前記直角柱の基部に平行である場合があり又は平行ではない場合がある真っ直ぐなエッジのところで交わった円錐の2つの対称傾斜切頭部によって形成され、
b)前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、前記真っ直ぐなエッジ及び円錐形湾曲表面又は真っ直ぐなエッジによって形成された先端のうちの1つであり、使用中に定められる前記機能的作業体積部は、前記遠位表面から「摩耗」表面まで延びる体積部であり、
c)前記支持体積部は、寿命の終わりにおいて前記全体的本体の残存部分であり、かくして、「摩耗平坦」表面を備えた端がチゼル形状の直円柱から成り、
d)前記全体的自立型PCD本体の前記元素組成は、前記全体的自立型PCD本体全体を通じて不変であり且つ前記全体的自立型PCD本体全体を通じて同一の金属要素又は合金で作られており、
e)前記全体的自立型PCD本体は、ダイヤモンド結晶粒度、粒度分布及びダイヤモンドと金属の組成比の面で異なる互いに異なるPCD材料で作られた2つの物理的体積部を有し、
f)一様なPCD材料の第1の物理的体積部は、前記真っ直ぐなエッジ及び円錐形湾曲自由表面から前記第2の物理的体積部との境界部まで延び、前記全体的自立型PCD本体体積部の3%超且つ50%以下を占め、前記第1の物理的体積部は、予想される前記機能的作業体積部を完全に包囲し、前記第2の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい平均ダイヤモンド結晶粒度を有するPCD材料で作られ、前記第2の物理的体積部の線熱膨張率よりも高い線熱膨張率をもたらす前記第2の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも小さいダイヤモンドと金属の組成比を有し、
g)前記第2の物理的体積部は、前記第1の物理的体積部から延び、前記全体的自立型PCD本体の前記残部を占め、前記第1の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも大きい平均ダイヤモンド結晶粒度を備えたPCD材料で作られ、前記第1の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも大きいダイヤモンドと金属の組成比を有し、前記第1の物理的体積部の線熱膨張率よりも低い線熱膨張率を有する、上記16、21、27、30、33及び35のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
37. 前記機能的作業体積部は、2つ又は3つ以上の物理的体積部から成り、互いに異なる物理的体積部相互間の少なくとも1つの境界部が前記機能的作業体積部中に延びている、上記3又は上記3に従属した上記4〜27のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
38. 前記機能的作業体積部は、異なるPCD材料の2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、隣り合う物理的体積部は、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で互いに異なっている、上記37記載のカッタ要素。
39. 前記機能的作業体積部は、異なるPCD材料の2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、隣り合う物理的体積部は、
a)ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の差、又は、
b)金属元素組成の差、又は、
c)ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比と金属元素組成の両方の差によって熱膨張率が互いに異なっている、上記38記載のカッタ要素。
40. 前記機能的作業体積部は、異なるPCD材料の2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、隣り合う物理的体積部は、
a)ダイヤモンド結晶粒度分布の差、又は、
b)ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の差、又は、
c)ダイヤモンド結晶粒度分布とダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の両方の差によって耐摩耗性が互いに異なっている、上記1〜27及び38のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
41. 前記機能的作業体積部は、互いに異なるPCD材料の層として2つ又は3つ以上の物理的体積部を有する、上記39又は40記載のカッタ要素。
42. 互いに異なるPCD材料の前記層は、互いに平行な平坦な層として又は同心円柱として又は螺旋断面を備えた「スイスロール(Swiss Roll)」として配置されている、上記41記載のカッタ要素。
43. 互いに異なるPCD材料の前記層は、厚さが互いに等しい、上記42記載のカッタ要素。
44. 互いに異なるPCD材料の前記層は、該層中の前記PCD材料の前記平均ダイヤモンド結晶粒度の10倍の最小厚さを有する、上記41又は43記載のカッタ要素。
45. 前記機能的作業体積部は、隣り合う互いに異なるPCD材料の交互に位置する層を有する、上記44記載のカッタ要素。
46. 1つ又は2つ以上の突出剪断リップが使用中、PCD材料の隣り合う物理的体積部相互間の耐摩耗性の差に起因して摩耗傷跡表面のところに生じる、上記37〜45のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
47. 前記耐摩耗性の差は、ダイヤモンド結晶粒度の差に起因して生じ、細かいダイヤモンド結晶粒度は、粗いダイヤモンド結晶粒度よりも耐摩耗性が高い、上記46記載のカッタ要素。
48. 前記機能的作業体積部の前記遠位末端は、エッジであり、前記機能的作業体積部の前記自由表面は、ブレークインチャンファを含む、上記1〜10、14〜34及び36〜47のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
49. 前記機能的作業体積部の前記自由表面は、ブレークインチャンファ及び先導チャンファ、ランディングチャンファ、後続チャンファのうちの1つ又は2つ以上の任意の組み合わせを含む、上記48記載のカッタ要素。
50. 前記機能的作業体積部の前記自由表面は、先導チャンファ、ブレークインチャンファ、ランディングチャンファ及び後続チャンファを含む、上記49記載のカッタ要素。
51. 前記本体の前記全自由表面に隣接して位置する前記PCD材料中の前記金属は、全体又は一部が制御された深さに近づくにつれて減少している、上記1〜50のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
52. 前記機能的作業体積部の前記自由表面に隣接して位置する前記PCD材料中の前記金属は、全体が又は一部が制御された深さに近づくにつれて減少している、上記1〜51のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
53. 前記金属減少深さは、90マイクロメートル未満である、上記51又は52記載のカッタ要素。
54. a)前記金属減少深さは、90マイクロメートルを超え且つ250マイクロメートル未満であり、且つ/或いは、
b)前記機能的作業体積部の前記PCD材料は、高い耐摩耗性を有すると共に/或いは、
c)10マイクロメートルよりも小さい平均ダイヤモンド結晶粒度を有する、上記51又は52記載のカッタ要素。
55. a)前記金属減少深さは、90マイクロメートルを超え且つ1000マイクロメートル未満であり、且つ/或いは、
b)前記機能的作業体積部の前記PCD材料は、10マイクロメートルを超える平均ダイヤモンド結晶粒度を有する、上記51又は52記載のカッタ要素。
56. 金属が減少した前記自由表面から延びるPCD材料の層の存在の結果として、使用中、前記機能的作業体積部の漸次摩耗中、摩耗傷跡表面のところに突出剪断リップが形成される、上記54又は55記載のカッタ要素。
57. 突出剪断リップが使用中、
a)互いに異なる耐摩耗性を有する互いに異なるPCD材料の2つ又は3つ以上の層及び/又は、
b)前記機能的作業体積部の前記自由表面から延びる金属減少PCDの層、及び/又は、
c)ブレークインチャンファ、先導チャンファ、ランディングチャンファ及び後続チャンファの任意の組み合わせの任意の組み合わせの存在に起因して、前記機能的作業体積部の漸次摩耗中に、摩耗傷跡のところに生じる、上記46〜56のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
58. 突出剪断リップが前記機能的作業体積部の漸次摩耗中に摩耗傷跡のところに生じると共に局所耐摩耗性の高い層のPCD材料の平均結晶粒度の2〜5倍の高さまで前記摩耗傷跡表面から盛り上がっている、上記57記載のカッタ要素。
59. 前記全体的PCD本体の前記外接直方体の最も長いエッジの最大寸法は、150mmまでである、上記1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
60. ハウジング本体であって、自然岩石除去用途において使用できるよう協働的に且つ支援的に用いられるよう選択されると共に前記ハウジング本体内に挿入され又は前記ハウジング本体に取り付けられた上記1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素を1つ又は2つ以上有し、前記ハウジング本体は、ドラグドリルビット又はローラーコーンビットに取り付けられた円錐形ローラーである、ハウジング本体。
61. ハウジング本体であって、石炭を含む鉱物、金含有岩石及び抽出可能な金属を含む鉱物を除去するための探鉱目的及び用途において使用できるよう協働的且つ支援的に用いられるよう選択されると共に前記ハウジング本体内に挿入され又は前記ハウジング本体に取り付けられた上記1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素を1つ又は2つ以上有する、ハウジング本体。
62. ハウジング本体であって、コンクリート、煉瓦及び路面表面仕上げ材料を含む天然及び合成岩石を穴あけしたり機械加工したりするための建築目的及び用途において使用できるよう協働的に且つ支援的に用いられるよう選択されると共に前記ハウジング本体内に挿入され又は前記ハウジング本体に取り付けられた上記1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素を1つ又は2つ以上有する、ハウジング本体。
63. ハウジング本体であって、協働的且つ支援的に用いられるよう選択されると共に前記ハウジング本体内に挿入され又は前記ハウジング本体に取り付けられた上記1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素を1つ又は2つ以上有し、前記機能的作業体積部の前記遠位表面から見て前記ハウジング本体の前記自由表面の上方の前記PCD本体の露出高さは、前記全体的PCD本体の前記最大寸法の1/3までである、ハウジング本体。
64. 上記1〜59のうちいずれか一に記載のカッタ要素を製造する方法であって、前記PCD本体は、各々が、特定の平均結晶粒度及び粒度分布の内部成長ダイヤモンド結晶粒と、特定の原子組成の個別的にあらかじめ選択された相互侵入金属ネットワークと、別個独立にあらかじめ選択された全体的な金属とダイヤモンドの比とのあらかじめ選択された組み合わせを含む1つ又は2つ以上の物理的体積部を有し、前記方法は、
各物理的体積部について組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の塊状体を形成するステップを含み、前記塊状体は、部分ダイヤモンド再結晶化を介するダイヤモンド粒子と粒子の結合に必要な唯一の金属源であり、
ダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体を圧密化してあらかじめ選択されたサイズ及び3次元形状の別々の凝集性未焼結本体を生じさせ、該未焼結本体を全体的凝集性未焼結本体に組み合わせ又はその後各凝集体を圧密化してあらかじめ選択されたサイズ及び3次元形状の全体的凝集性未焼結本体を生じさせるステップを含み、
前記全体的未焼結本体に高圧及び高温条件を与え、前記金属材料が全体的に又は部分的に溶融状態になり、そしてダイヤモンド粒子と粒子の結合を容易にし、それによりカッタ要素を形成するステップを含み、前記カッタ要素は、
ダイヤモンドと金属の相互侵入ネットワークを有する自立型PCD本体を有し、前記自立型PCD本体は、
前記PCD本体の前記境界部内に位置した2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、隣り合う物理的体積部は、ダイヤモンドと金属ネットワークの組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で異なっており、
前記PCD本体の遠位側に位置する機能的作業体積部を更に有し、前記機能的作業体積部は、使用にあたり、前記岩石に接触する領域又は体積部を形成し、剪断と圧潰と研削の組み合わせによって前記岩石の漸次除去を生じさせ、前記機能的作業体積部は、前記PCD本体の寿命中、次第に摩耗し、
使用中に残存し、近位自由表面を備えた機能的支持体積部を更に有し、前記機能的支持体積部は、前記機能的作業体積部から延びていて、前記ハウジング本体への前記岩石除去PCD本体の取り付け手段と共に前記機能的作業体積部に対して機械的及び熱的支持作用を提供する領域又は体積部であり、
前記機能的作業体積部は、エッジ、頂点、凸状湾曲面又は突起の任意の組み合わせから成る隣り合う自由表面相互間の遠位自由表面又は境界部から、前記機能的作業体積部の遠位自由表面からの延長線に沿って前記全体的本体の前記図心を通って前記機能的支持体積部の近位自由表面まで前記機能的支持体積部中に延びる前記機能的作業体積部の断面積が増大しながら延び、前記近位端部は、前記取り付け箇所を形成し、
前記機能的支持体積部は、前記全体的自立型PCD本体の前記図心を包囲し、前記全体的PCD本体は、前記全体的PCD本体の外接直方体の最も長いエッジの長さと前記機能的作業体積部が延びる起点としての前記外接直方体の最も小さな三角形面の最も大きな幅の比が1.0以上であるようなアスペクト比を備えた形状を有し、
前記物理的体積部のうちの1つ又は2つ以上は、前記機能的作業体積部及び前記機能的支持体積部のうちの一方又は他方又は両方の少なくとも一部を形成している、方法。
65. 組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体は、前記ダイヤモンド粒子を機械的に粉砕すると共に前記ダイヤモンド粒子を1つ又は2つ以上の金属粉末と混合して前記ダイヤモンド粒子との均一組み合わせを作り、前記塊状体を真空又はガス状還元環境内で次の熱処理によって精製することによって形成される、上記64記載の方法。
66. 組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体は、前記ダイヤモンド粒子を機械的に粉砕して前記ダイヤモンド材料と前記金属のための1つ又は2つ以上の前駆物質コンパウンド粉末を混合してダイヤモンド粒子との均一組み合わせを作り、真空又はガス還元環境内での次の熱処理によって前記前駆物質コンパウンドを金属状態に変換し、還元し又は解離することによって形成される、上記64記載の方法。
67. 組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体は、
a)前記ダイヤモンド粒子を液体媒体中に懸濁させるステップと、
b)前記液体媒体中の前記金属材料のための1種類又は2種類以上の前駆物質を反応体の溶液の制御された追加によって反応的に生じさせて前記前駆物質が核となって前記ダイヤモンド粒子表面を装飾する粒子として前記ダイヤモンド粒子の表面上で成長するようにするステップと、
c)前記ダイヤモンド粒子を前記ダイヤモンド粒子の前駆物質装飾体を懸濁液から除去するステップと、
d)前記ダイヤモンドと前駆物質の組み合わせに熱処理を施して前記前駆物質を解離すると共に減少させ、それにより前記ダイヤモンド粒子表面にくっついた金属粒子を装飾するものとして金属材料を形成するステップとによって形成される、上記64記載の方法。
68. 組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の前記塊状体は、モールド内での一軸圧縮又は等方圧圧縮を用いて未焼結本体構造を形成するよう圧密化される、上記64〜67のうちいずれか一に記載の方法。
69. 前記未焼結本体は、約5GPaから約10GPaまでの範囲の高い圧力及び約1100℃から2500℃までの範囲の高い温度を受ける、上記68記載の方法。
70. 形成される前記カッタは、
a)純水媒体中にダイヤモンド粒子の1つ又は2つ以上の塊状体を懸濁させるステップと、
b)水溶性遷移金属化合物の溶液を水溶性反応体を各懸濁液に同時に追加して不溶性遷移金属化合物を沈殿させて該不溶性遷移金属が核となり、そして前記ダイヤモンド表面を装飾する金属前駆物質化合物として前記ダイヤモンド粒子の表面上で成長するようにするステップと、
c)前記懸濁液からダイヤモンド粒子の前記1つ又は複数個の塊状体を前記ダイヤモンド粒子の金属前駆物質表面装飾化合物と一緒に除去して乾燥粉末塊状体を形成するステップと、
d)ダイヤモンドと金属前駆物質の組み合わせの1つ又は複数の塊状体に水素ガス含有ガス環境内で熱処理を施して前記金属前駆物質を減少させると共に/或いは解離し、それによりダイヤモンド粒子の1つ又は複数の塊状体を形成し、各ダイヤモンド粒子を純粋遷移金属粒子又は遷移金属合金粒子で装飾するステップと、
e)前記ダイヤモンド粒子の1つ又は複数の塊状体を個々に又は組み合わせ状態で等方圧で圧縮して平均ダイヤモンド結晶粒度の10倍を超える尺度で密度に関して巨視的に均質である所定の寸法形状の準高密度未焼結本体を形成し、ダイヤモンド結晶粒度の最も粗い成分が平均結晶粒度の3倍以下であるようにするステップと、
f)1つ又は複数個の未焼結本体に5GPaを超える圧力及び1100℃を超える温度を加えて前記遷移金属又は合金が溶融すると共に部分ダイヤモンド再結晶があらゆる空間方向において等しい収縮率で起こり、それにより完全高密度PCD本体が得られるようにするステップによって表面仕上げだけが高圧及び高温処理後に必要であるように選択されると共に所定の寸法及び形状に近い、上記69記載の方法。
71. 金属組成は、鉄、ニッケル、コバルト、マンガンの任意の1つ又は任意の組み合わせ又は人気の順列又は任意の合金化組み合わせから選択される、上記69又は70記載の方法。
72. 前記金属は、コバルトである、上記71記載の方法。
73. 前記金属組成のための1種類又は複数種類の前記前駆物質化合物は、イオン性の塩である、上記66〜72のうちのいずれか一に記載の方法。
74. 前記イオン性塩は、炭酸塩である、上記73記載の方法。
75. 任意の1つの実施形態を参照して実質的に明細書において説明した自立型PCD本体を有する岩石除去のためのカッタ要素であって、前記実施形態は、添付の図面に示されている、カッタ要素。
76. 任意1つの実施形態を参照して実質的に明細書において説明した自立型PCD本体を有する岩石除去のためのカッタ要素を形成する方法であって、前記実施形態は、添付の図面に示されている、方法。
Claims (76)
- 岩石除去のためのカッタ要素であって、
ダイヤモンドと金属の相互侵入ネットワークを有する自立型PCD本体を有し、前記自立型PCD本体は、
前記PCD本体の前記境界部内に位置した2つ又は3つ以上の物理的体積部を更に有し、隣り合う物理的体積部は、ダイヤモンドと金属ネットワークの組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で異なっており、
前記PCD本体の遠位側に位置する機能的作業体積部を更に有し、前記機能的作業体積部は、使用にあたり、前記岩石に接触する領域又は体積部を形成し、剪断と圧潰と研削の組み合わせによって前記岩石の漸次除去を生じさせ、前記機能的作業体積部は、前記PCD本体の寿命中、次第に摩耗し、
使用中に残存し、近位自由表面を備えた機能的支持体積部を更に有し、前記機能的支持体積部は、前記機能的作業体積部から延びていて、前記ハウジング本体への前記岩石除去PCD本体の取り付け手段と共に前記機能的作業体積部に対して機械的及び熱的支持作用を提供する領域又は体積部であり、
前記機能的作業体積部は、エッジ、頂点、凸状湾曲面又は突起の任意の組み合わせから成る隣り合う自由表面相互間の遠位自由表面又は境界部から、前記機能的作業体積部の遠位自由表面からの延長線に沿って前記全体的本体の前記図心を通って前記機能的支持体積部の近位自由表面まで前記機能的支持体積部中に延びる前記機能的作業体積部の断面積が増大しながら延び、前記近位端部は、前記取り付け箇所を形成し、
前記機能的支持体積部は、前記全体的自立型PCD本体の前記図心を包囲し、前記全体的PCD本体は、前記全体的PCD本体の外接直方体の最も長いエッジの長さと前記機能的作業体積部が延びる起点としての前記外接直方体の最も小さな三角形面の最も大きな幅の比が1.0以上であるようなアスペクト比を備えた形状を有し、
前記物理的体積部のうちの1つ又は2つ以上は、前記機能的作業体積部及び前記機能的支持体積部のうちの一方又は他方又は両方の少なくとも一部を形成している、カッタ要素。 - 前記PCD材料の物理的体積部の数は、2つである、請求項1記載のカッタ要素。
- PCD材料の1つの物理的体積部は、前記機能的作業体積部の前記遠位表面又は自由表面に隣接して位置し、異なるPCD材料の別の物理的体積部は、前記機能的支持体積部の1つ又は複数の近位表面に隣接して位置している、請求項1又は2記載のカッタ要素。
- PCD材料の前記物理的体積部のうちの1つは、前記全体的自立型PCD本体の前記自由表面全体に連続し且つ隣接して位置すると共に使用前に自由表面を有していないが内部物理的体積部を形成している1つ又は複数の物理的体積部の1種類又は複数種類の材料と比較して、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で異なっている、請求項1又は2記載のカッタ要素。
- 前記PCD本体は、前記機能的作業体積部の前記遠位自由表面から延びる1つの鏡映面を有し、前記遠位自由表面は、湾曲エッジを有する、請求項1〜4のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記PCD本体の全体的形状は、直円柱であり、前記機能的作業体積部の前記遠位自由表面は、1つの円周方向エッジの一部である、請求項5記載のカッタ要素。
- PCD材料の2つの物理的体積部を有し、前記物理的体積部の境界部は、前記全体的PCD本体の両方の平べったい端部に平行である、請求項6記載のカッタ要素。
- 前記PCD本体は、機能的作業体積部の遠位表面から延びる1つの鏡映面を有し、前記遠位表面は、真っ直ぐなエッジを有する、請求項1〜4のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記PCD本体は、前記機能的作業体積部の前記遠位表面から延びる1つの鏡映面を有し、前記遠位表面は、頂点を有する、請求項1〜4のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記全体的PCD本体は、前記直円柱の胴又はフランクに沿う1つ又は2つ以上の平坦な表面によって改変された直角柱であり、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、真っ直ぐなエッジ又は頂点である、請求項8又は9記載のカッタ要素。
- 前記PCD本体は、前記機能的作業体積部の前記遠位表面を通るn回回転軸線を有し、前記遠位表面は、湾曲した表面を含み又は前記機能的作業体積部の前記遠位表面から延びる無数の鏡映面を有する、請求項1〜4のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記PCD本体は、一端が半球形の直円柱である、請求項11記載のカッタ要素。
- 前記PCD本体は、一端が円錐形である直円柱であり、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、丸形先端である、請求項11記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部は、2つ又は3つ以上の平坦な表面又はファセットを備えた湾曲表面により形成された全体としてチゼルの形状を有し、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、先端、湾曲したエッジ又は真っ直ぐなエッジであるよう前記ファセット相互間の境界部により形成されている、請求項1〜5のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部は、湾曲した表面を有し、前記機能的作業体積部は、共通の境界部のない状態で隔離された1つ又は2つ以上の平坦な表面又はファセットを有し、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、湾曲したエッジであるようファセットと前記湾曲した表面との間の境界部によって形成されている、請求項1〜5のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記全体的PCD本体形状は、単一の切頭平坦表面又はファセットを備えた端が円錐形の直円柱であり、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、前記切頭ファセット及び前記円錐形湾曲表面を境界付ける円形又は楕円形又は放物線状湾曲エッジの一部である、請求項15記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、楕円形湾曲エッジの一部である、請求項16記載のカッタ要素。
- 前記機能的支持体積部の形状は、円形又は楕円形断面を有する直角柱である、請求項1〜17のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記機能的支持体積部の形状は、直円柱である、請求項18記載のカッタ要素。
- 前記PCD本体の前記機能的支持体積部は、多角形断面を有し、前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、1つの真っ直ぐなエッジ又は1つの頂点である、請求項1〜5、7、8又は9のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記機能的支持体積部形状は、断面積が前記機能的作業体積部の前記遠位端部から前記機能的支持体積部の前記近位表面までの全体的方向又は平坦な基部又は近位表面に平行な全体的方向に沿って増大している、請求項1〜5、7〜9、11、15又は20のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記機能的支持体積部形状は、円錐形表面又はその一部又はフランジの任意の組み合わせを有する、請求項21記載のカッタ要素。
- 前記機能的支持体積部は、少なくとも一部がねじ切りされている、請求項1〜22のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- PCD材料の2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、前記2つ又は3つ以上の物理的体積部のうちの少なくとも1つは、ダイヤモンド結晶粒度の分布が他の物理的体積部のうちの任意のもの又は全てとは異なっている、請求項1〜23のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部の前記遠位表面又は前記自由表面に隣接して位置する前記PCD材料は、平均結晶粒度が前記機能的支持体積部の1つ又は複数の近位表面に隣接して位置する前記PCD材料よりも小さい、請求項24記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部の前記遠位表面又は前記自由表面に隣接して位置する前記PCD材料は、10マイクロメートル未満の平均結晶粒度を有する、請求項25記載のカッタ要素。
- 前記本体全体の前記PCD材料は、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比及び金属元素組成の面で不変である、請求項25又は26記載のカッタ要素。
- 前記PCD材料は、任意の物理的体積部内において、値yの体積部パーセントよりも低いよう別個独立にあらかじめ選択された金属含有量を有し、y=−0.25x+10であり、xは、マイクロメートル単位で表された前記PCD材料の平均結晶粒度である、請求項1〜27のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- PCD材料の前記物理的体積部のうちの1つは、前記機能的作業体積部を包囲すると共に残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つとは熱膨張率の面で異なっており、
a)前記機能的作業体積部と関連したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つと比較して、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の面で異なっており、前記金属元素組成は、前記自立型PCD本体全体を通じて不変であり、又は、
b)前記機能的作業体積部と関連したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つと比較して、金属元素組成の面で異なっており、前記ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比は、前記自立型PCD本体全体を通じて不変であり、又は、
c)前記機能的作業体積部と関連したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つと比較して、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比と金属元素組成の両方の面で異なっている、請求項1〜28のうちいずれか一に記載のカッタ要素。 - 前記機能的作業体積部を包囲するPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有する、請求項29記載のカッタ要素。
- PCD材料の前記物理的体積部のうちの1つは、前記機能的作業体積部を包囲すると共に残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つの熱膨張率の面で異なっており、前記機能的作業体積部と関連したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つと比較して、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の面で異なっており、前記金属元素組成は、前記自立型PCD本体全体を通じて不変であり、前記機能的作業体積部を包囲したPCD材料の前記物理的体積部は、残存する前記機能的支持体積部を構成する前記物理的体積部又は複数の前記物理的体積部のうちの少なくとも1つの熱膨張率よりも高い熱膨張率を有し、前記自立型本体の金属はコバルトである、請求項1〜28のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- PCD材料の1つの物理的体積部は、該物理的体積部が使用中に発生して前記全体的自立型PCD本体の3%超を占めたときに前記機能的作業体積部を完全に包囲する、請求項1〜31のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- PCD材料の1つの物理的体積部は、該物理的体積部が使用中に発生して前記全体的自立型PCD本体の50%以下を占めたときに前記機能的作業体積部を完全に包囲する、請求項32記載のカッタ要素。
- a)前記自立型PCD本体は、全体的直円柱の形状を有し、
b)前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、前記円形周辺エッジの一部であり、前記機能的作業体積部は、該機能的作業体積部が使用中に発生しているとき、前記遠位末端から平坦な「摩耗」表面まで延びる体積部であり、前記平坦な「摩耗」表面は、前記円筒形本体の頂部平坦表面及び前記湾曲した「胴」表面と交差し、
c)前記機能的支持体積部は、寿命の終わりにおいて前記全体的本体の残存部分であり、かくして、「摩耗平坦」表面を備えた直円柱から成り、
d)前記全体的自立型PCD本体の前記元素組成は、前記本体全体を通じて不変であり、同一の金属又は合金が前記本体全体にわたって存在し、
e)前記全体的自立型PCD本体は、ダイヤモンド結晶粒度、粒度分布及びダイヤモンドと金属の組成比が互いに異なる種々のPCD材料で作られた2つの物理的体積部を有し、
f)一様なPCD材料の第1の直角柱形物理的体積部は、前記全体的自立型PCD本体体積部の30%〜50%以下を占める前記全体的円筒形本体の一端部を完全に横切る層として延び、前記第1の物理的体積部は、前記機能的作業体積部を完全に包囲し、第2の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい平均ダイヤモンド結晶粒度を備えたPCD材料で作られ、前記第2の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも小さいダイヤモンドと金属の組成比を有し、それにより、前記第2の物理的体積部の線熱膨張率よりも高い線熱膨張率が得られ、
g)前記第2の物理的体積部は、前記第1の物理的体積部から延び、直円柱であり、前記全体的自立型PCD本体の残部を占め、前記第1の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも大きい平均ダイヤモンド結晶粒度を備えたPCD材料で作られ、前記第1の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも高いダイヤモンドと金属の組成比を有し、前記第1の物理的体積部の線熱膨張率よりも低い線熱膨張率を有する、請求項7、25、28及び33のうちいずれか一に記載のカッタ要素。 - a)前記自立型PCD本体は、直円柱形状のものであり、一端が半球形ドームであり、反対側の端が平坦な基部であり、
b)前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、前記ドームの前記湾曲自由平面の一部であり、使用中に定められた前記機能的作業体積部は、前記遠位表面から平坦な「摩耗」表面まで延びる体積部であり、
c)前記機能的支持体積部は、寿命の終わりにおける前記全体的本体の残存部分であり、かくして、「摩耗平坦」表面及び反対側の端の平坦な基部を備えた端がドーム状の直円柱から成り、
d)前記全体的自立型PCD本体は、ダイヤモンド結晶粒度及び粒度分布だけが異なり且つダイヤモンドと金属のネットワーク組成比及び金属元素組成に関して不変である互いに異なるPCD材料で作られた2つの物理的体積部を有し、
e)一様なPCD材料の第1の物理的体積部は、湾曲ドーム状の自由表面から前記平坦な基部に平行な第2の物理的体積部との境界部まで延び、前記全体的自立型PCD本体体積部の3%を超え且つ50%以下を占め、前記第1の物理的体積部は、予想される前記機能的作業体積部を完全に包囲し、前記第2の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい平均ダイヤモンド結晶粒度を有するPCD材料で作られ、
f)前記第2の物理的体積部は、前記第1の物理的体積部から延び、前記全体的自立型PCD本体の残部を占め、前記第1の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも大きい平均ダイヤモンド結晶粒度を有するPCD材料で作られ、前記第1の物理的体積部の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する、請求項12、19、21、22 、24、25、28及び33のうちいずれか一に記載のカッタ要素。 - a)前記自立型PCD本体は、一端が単一のチゼル形状の直円柱形状のものであり、前記チゼル形状は、前記直角柱の基部に平行である場合があり又は平行ではない場合がある真っ直ぐなエッジのところで交わった円錐の2つの対称傾斜切頭部によって形成され、
b)前記機能的作業体積部の前記遠位表面は、前記真っ直ぐなエッジ及び円錐形湾曲表面又は真っ直ぐなエッジによって形成された先端のうちの1つであり、使用中に定められる前記機能的作業体積部は、前記遠位表面から「摩耗」表面まで延びる体積部であり、
c)前記支持体積部は、寿命の終わりにおいて前記全体的本体の残存部分であり、かくして、「摩耗平坦」表面を備えた端がチゼル形状の直円柱から成り、
d)前記全体的自立型PCD本体の前記元素組成は、前記全体的自立型PCD本体全体を通じて不変であり且つ前記全体的自立型PCD本体全体を通じて同一の金属要素又は合金で作られており、
e)前記全体的自立型PCD本体は、ダイヤモンド結晶粒度、粒度分布及びダイヤモンドと金属の組成比の面で異なる互いに異なるPCD材料で作られた2つの物理的体積部を有し、
f)一様なPCD材料の第1の物理的体積部は、前記真っ直ぐなエッジ及び円錐形湾曲自由表面から前記第2の物理的体積部との境界部まで延び、前記全体的自立型PCD本体体積部の3%超且つ50%以下を占め、前記第1の物理的体積部は、予想される前記機能的作業体積部を完全に包囲し、前記第2の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも細かい平均ダイヤモンド結晶粒度を有するPCD材料で作られ、前記第2の物理的体積部の線熱膨張率よりも高い線熱膨張率をもたらす前記第2の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも小さいダイヤモンドと金属の組成比を有し、
g)前記第2の物理的体積部は、前記第1の物理的体積部から延び、前記全体的自立型PCD本体の前記残部を占め、前記第1の物理的体積部の平均ダイヤモンド結晶粒度よりも大きい平均ダイヤモンド結晶粒度を備えたPCD材料で作られ、前記第1の物理的体積部のダイヤモンドと金属の組成比よりも大きいダイヤモンドと金属の組成比を有し、前記第1の物理的体積部の線熱膨張率よりも低い線熱膨張率を有する、請求項16、21、27、30、33及び35のうちいずれか一に記載のカッタ要素。 - 前記機能的作業体積部は、2つ又は3つ以上の物理的体積部から成り、互いに異なる物理的体積部相互間の少なくとも1つの境界部が前記機能的作業体積部中に延びている、請求項3又は請求項3に従属した請求項4〜27のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部は、異なるPCD材料の2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、隣り合う物理的体積部は、ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で互いに異なっている、請求項37記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部は、異なるPCD材料の2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、隣り合う物理的体積部は、
a)ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の差、又は、
b)金属元素組成の差、又は、
c)ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比と金属元素組成の両方の差によって熱膨張率が互いに異なっている、請求項38記載のカッタ要素。 - 前記機能的作業体積部は、異なるPCD材料の2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、隣り合う物理的体積部は、
a)ダイヤモンド結晶粒度分布の差、又は、
b)ダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の差、又は、
c)ダイヤモンド結晶粒度分布とダイヤモンドと金属のネットワーク組成比の両方の差によって耐摩耗性が互いに異なっている、請求項1〜27及び38のうちいずれか一に記載のカッタ要素。 - 前記機能的作業体積部は、互いに異なるPCD材料の層として2つ又は3つ以上の物理的体積部を有する、請求項39又は40記載のカッタ要素。
- 互いに異なるPCD材料の前記層は、互いに平行な平坦な層として又は同心円柱として又は螺旋断面を備えた「スイスロール(Swiss Roll)」として配置されている、請求項41記載のカッタ要素。
- 互いに異なるPCD材料の前記層は、厚さが互いに等しい、請求項42記載のカッタ要素。
- 互いに異なるPCD材料の前記層は、該層中の前記PCD材料の前記平均ダイヤモンド結晶粒度の10倍の最小厚さを有する、請求項41又は43記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部は、隣り合う互いに異なるPCD材料の交互に位置する層を有する、請求項44記載のカッタ要素。
- 1つ又は2つ以上の突出剪断リップが使用中、PCD材料の隣り合う物理的体積部相互間の耐摩耗性の差に起因して摩耗傷跡表面のところに生じる、請求項37〜45のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記耐摩耗性の差は、ダイヤモンド結晶粒度の差に起因して生じ、細かいダイヤモンド結晶粒度は、粗いダイヤモンド結晶粒度よりも耐摩耗性が高い、請求項46記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部の前記遠位末端は、エッジであり、前記機能的作業体積部の前記自由表面は、ブレークインチャンファを含む、請求項1〜10、14〜34及び36〜47のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部の前記自由表面は、ブレークインチャンファ及び先導チャンファ、ランディングチャンファ、後続チャンファのうちの1つ又は2つ以上の任意の組み合わせを含む、請求項48記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部の前記自由表面は、先導チャンファ、ブレークインチャンファ、ランディングチャンファ及び後続チャンファを含む、請求項49記載のカッタ要素。
- 前記本体の前記全自由表面に隣接して位置する前記PCD材料中の前記金属は、全体又は一部が制御された深さに近づくにつれて減少している、請求項1〜50のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記機能的作業体積部の前記自由表面に隣接して位置する前記PCD材料中の前記金属は、全体が又は一部が制御された深さに近づくにつれて減少している、請求項1〜51のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- 前記金属減少深さは、90マイクロメートル未満である、請求項51又は52記載のカッタ要素。
- a)前記金属減少深さは、90マイクロメートルを超え且つ250マイクロメートル未満であり、且つ/或いは、
b)前記機能的作業体積部の前記PCD材料は、高い耐摩耗性を有すると共に/或いは、
c)10マイクロメートルよりも小さい平均ダイヤモンド結晶粒度を有する、請求項51又は52記載のカッタ要素。 - a)前記金属減少深さは、90マイクロメートルを超え且つ1000マイクロメートル未満であり、且つ/或いは、
b)前記機能的作業体積部の前記PCD材料は、10マイクロメートルを超える平均ダイヤモンド結晶粒度を有する、請求項51又は52記載のカッタ要素。 - 金属が減少した前記自由表面から延びるPCD材料の層の存在の結果として、使用中、前記機能的作業体積部の漸次摩耗中、摩耗傷跡表面のところに突出剪断リップが形成される、請求項54又は55記載のカッタ要素。
- 突出剪断リップが使用中、
a)互いに異なる耐摩耗性を有する互いに異なるPCD材料の2つ又は3つ以上の層及び/又は、
b)前記機能的作業体積部の前記自由表面から延びる金属減少PCDの層、及び/又は、
c)ブレークインチャンファ、先導チャンファ、ランディングチャンファ及び後続チャンファの任意の組み合わせの任意の組み合わせの存在に起因して、前記機能的作業体積部の漸次摩耗中に、摩耗傷跡のところに生じる、請求項46〜56のうちいずれか一に記載のカッタ要素。 - 突出剪断リップが前記機能的作業体積部の漸次摩耗中に摩耗傷跡のところに生じると共に局所耐摩耗性の高い層のPCD材料の平均結晶粒度の2〜5倍の高さまで前記摩耗傷跡表面から盛り上がっている、請求項57記載のカッタ要素。
- 前記全体的PCD本体の前記外接直方体の最も長いエッジの最大寸法は、150mmまでである、請求項1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素。
- ハウジング本体であって、自然岩石除去用途において使用できるよう協働的に且つ支援的に用いられるよう選択されると共に前記ハウジング本体内に挿入され又は前記ハウジング本体に取り付けられた請求項1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素を1つ又は2つ以上有し、前記ハウジング本体は、ドラグドリルビット又はローラーコーンビットに取り付けられた円錐形ローラーである、ハウジング本体。
- ハウジング本体であって、石炭を含む鉱物、金含有岩石及び抽出可能な金属を含む鉱物を除去するための探鉱目的及び用途において使用できるよう協働的且つ支援的に用いられるよう選択されると共に前記ハウジング本体内に挿入され又は前記ハウジング本体に取り付けられた請求項1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素を1つ又は2つ以上有する、ハウジング本体。
- ハウジング本体であって、コンクリート、煉瓦及び路面表面仕上げ材料を含む天然及び合成岩石を穴あけしたり機械加工したりするための建築目的及び用途において使用できるよう協働的に且つ支援的に用いられるよう選択されると共に前記ハウジング本体内に挿入され又は前記ハウジング本体に取り付けられた請求項1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素を1つ又は2つ以上有する、ハウジング本体。
- ハウジング本体であって、協働的且つ支援的に用いられるよう選択されると共に前記ハウジング本体内に挿入され又は前記ハウジング本体に取り付けられた請求項1〜58のうちいずれか一に記載のカッタ要素を1つ又は2つ以上有し、前記機能的作業体積部の前記遠位表面から見て前記ハウジング本体の前記自由表面の上方の前記PCD本体の露出高さは、前記全体的PCD本体の前記最大寸法の1/3までである、ハウジング本体。
- 請求項1〜59のうちいずれか一に記載のカッタ要素を製造する方法であって、前記PCD本体は、各々が、特定の平均結晶粒度及び粒度分布の内部成長ダイヤモンド結晶粒と、特定の原子組成の個別的にあらかじめ選択された相互侵入金属ネットワークと、別個独立にあらかじめ選択された全体的な金属とダイヤモンドの比とのあらかじめ選択された組み合わせを含む1つ又は2つ以上の物理的体積部を有し、前記方法は、
各物理的体積部について組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の塊状体を形成するステップを含み、前記塊状体は、部分ダイヤモンド再結晶化を介するダイヤモンド粒子と粒子の結合に必要な唯一の金属源であり、
ダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体を圧密化してあらかじめ選択されたサイズ及び3次元形状の別々の凝集性未焼結本体を生じさせ、該未焼結本体を全体的凝集性未焼結本体に組み合わせ又はその後各凝集体を圧密化してあらかじめ選択されたサイズ及び3次元形状の全体的凝集性未焼結本体を生じさせるステップを含み、
前記全体的未焼結本体に高圧及び高温条件を与え、前記金属材料が全体的に又は部分的に溶融状態になり、そしてダイヤモンド粒子と粒子の結合を容易にし、それによりカッタ要素を形成するステップを含み、前記カッタ要素は、
ダイヤモンドと金属の相互侵入ネットワークを有する自立型PCD本体を有し、前記自立型PCD本体は、
前記PCD本体の前記境界部内に位置した2つ又は3つ以上の物理的体積部を有し、隣り合う物理的体積部は、ダイヤモンドと金属ネットワークの組成比、金属元素組成及びダイヤモンド結晶粒度分布のうちの1つ又は2つ以上の面で異なっており、
前記PCD本体の遠位側に位置する機能的作業体積部を更に有し、前記機能的作業体積部は、使用にあたり、前記岩石に接触する領域又は体積部を形成し、剪断と圧潰と研削の組み合わせによって前記岩石の漸次除去を生じさせ、前記機能的作業体積部は、前記PCD本体の寿命中、次第に摩耗し、
使用中に残存し、近位自由表面を備えた機能的支持体積部を更に有し、前記機能的支持体積部は、前記機能的作業体積部から延びていて、前記ハウジング本体への前記岩石除去PCD本体の取り付け手段と共に前記機能的作業体積部に対して機械的及び熱的支持作用を提供する領域又は体積部であり、
前記機能的作業体積部は、エッジ、頂点、凸状湾曲面又は突起の任意の組み合わせから成る隣り合う自由表面相互間の遠位自由表面又は境界部から、前記機能的作業体積部の遠位自由表面からの延長線に沿って前記全体的本体の前記図心を通って前記機能的支持体積部の近位自由表面まで前記機能的支持体積部中に延びる前記機能的作業体積部の断面積が増大しながら延び、前記近位端部は、前記取り付け箇所を形成し、
前記機能的支持体積部は、前記全体的自立型PCD本体の前記図心を包囲し、前記全体的PCD本体は、前記全体的PCD本体の外接直方体の最も長いエッジの長さと前記機能的作業体積部が延びる起点としての前記外接直方体の最も小さな三角形面の最も大きな幅の比が1.0以上であるようなアスペクト比を備えた形状を有し、
前記物理的体積部のうちの1つ又は2つ以上は、前記機能的作業体積部及び前記機能的支持体積部のうちの一方又は他方又は両方の少なくとも一部を形成している、方法。 - 組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体は、前記ダイヤモンド粒子を機械的に粉砕すると共に前記ダイヤモンド粒子を1つ又は2つ以上の金属粉末と混合して前記ダイヤモンド粒子との均一組み合わせを作り、前記塊状体を真空又はガス状還元環境内で次の熱処理によって精製することによって形成される、請求項64記載の方法。
- 組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体は、前記ダイヤモンド粒子を機械的に粉砕して前記ダイヤモンド材料と前記金属のための1つ又は2つ以上の前駆物質コンパウンド粉末を混合してダイヤモンド粒子との均一組み合わせを作り、真空又はガス還元環境内での次の熱処理によって前記前駆物質コンパウンドを金属状態に変換し、還元し又は解離することによって形成される、請求項64記載の方法。
- 組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の各塊状体は、
a)前記ダイヤモンド粒子を液体媒体中に懸濁させるステップと、
b)前記液体媒体中の前記金属材料のための1種類又は2種類以上の前駆物質を反応体の溶液の制御された追加によって反応的に生じさせて前記前駆物質が核となって前記ダイヤモンド粒子表面を装飾する粒子として前記ダイヤモンド粒子の表面上で成長するようにするステップと、
c)前記ダイヤモンド粒子を前記ダイヤモンド粒子の前駆物質装飾体を懸濁液から除去するステップと、
d)前記ダイヤモンドと前駆物質の組み合わせに熱処理を施して前記前駆物質を解離すると共に減少させ、それにより前記ダイヤモンド粒子表面にくっついた金属粒子を装飾するものとして金属材料を形成するステップとによって形成される、請求項64記載の方法。 - 組み合わせ状態のダイヤモンド粒子と金属材料の前記塊状体は、モールド内での一軸圧縮又は等方圧圧縮を用いて未焼結本体構造を形成するよう圧密化される、請求項64〜67のうちいずれか一に記載の方法。
- 前記未焼結本体は、約5GPaから約10GPaまでの範囲の高い圧力及び約1100℃から2500℃までの範囲の高い温度を受ける、請求項68記載の方法。
- 形成される前記カッタは、
a)純水媒体中にダイヤモンド粒子の1つ又は2つ以上の塊状体を懸濁させるステップと、
b)水溶性遷移金属化合物の溶液を水溶性反応体を各懸濁液に同時に追加して不溶性遷移金属化合物を沈殿させて該不溶性遷移金属が核となり、そして前記ダイヤモンド表面を装飾する金属前駆物質化合物として前記ダイヤモンド粒子の表面上で成長するようにするステップと、
c)前記懸濁液からダイヤモンド粒子の前記1つ又は複数個の塊状体を前記ダイヤモンド粒子の金属前駆物質表面装飾化合物と一緒に除去して乾燥粉末塊状体を形成するステップと、
d)ダイヤモンドと金属前駆物質の組み合わせの1つ又は複数の塊状体に水素ガス含有ガス環境内で熱処理を施して前記金属前駆物質を減少させると共に/或いは解離し、それによりダイヤモンド粒子の1つ又は複数の塊状体を形成し、各ダイヤモンド粒子を純粋遷移金属粒子又は遷移金属合金粒子で装飾するステップと、
e)前記ダイヤモンド粒子の1つ又は複数の塊状体を個々に又は組み合わせ状態で等方圧で圧縮して平均ダイヤモンド結晶粒度の10倍を超える尺度で密度に関して巨視的に均質である所定の寸法形状の準高密度未焼結本体を形成し、ダイヤモンド結晶粒度の最も粗い成分が平均結晶粒度の3倍以下であるようにするステップと、
f)1つ又は複数個の未焼結本体に5GPaを超える圧力及び1100℃を超える温度を加えて前記遷移金属又は合金が溶融すると共に部分ダイヤモンド再結晶があらゆる空間方向において等しい収縮率で起こり、それにより完全高密度PCD本体が得られるようにするステップによって表面仕上げだけが高圧及び高温処理後に必要であるように選択されると共に所定の寸法及び形状に近い、請求項69記載の方法。 - 金属組成は、鉄、ニッケル、コバルト、マンガンの任意の1つ又は任意の組み合わせ又は人気の順列又は任意の合金化組み合わせから選択される、請求項69又は70記載の方法。
- 前記金属は、コバルトである、請求項71記載の方法。
- 前記金属組成のための1種類又は複数種類の前記前駆物質化合物は、イオン性の塩である、請求項66〜72のうちのいずれか一に記載の方法。
- 前記イオン性塩は、炭酸塩である、請求項73記載の方法。
- 任意の1つの実施形態を参照して実質的に明細書において説明した自立型PCD本体を有する岩石除去のためのカッタ要素であって、前記実施形態は、添付の図面に示されている、カッタ要素。
- 任意1つの実施形態を参照して実質的に明細書において説明した自立型PCD本体を有する岩石除去のためのカッタ要素を形成する方法であって、前記実施形態は、添付の図面に示されている、方法。
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